CN104681122A - 一种太阳能电池正面银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池正面银浆，其组成及重量百分比为：78-90wt%的银粉、1-5wt%的玻璃粉、7-15wt%有机粘合剂和0%-3wt%的助剂，玻璃粉包括SiO₂、Al₂O₃、Bi₂O₃、ZnO、B₂O₃、TeO₂，有机粘合剂包括有机载体和有机溶剂。本发明还公开了一种制备上述银浆的方法，其步骤包括称取玻璃粉各组分加热球磨得到粒径＜5μm的玻璃粉，将有机粘合剂混合加热搅拌溶解后加入银粉和玻璃粉以及助剂，并通过三辊轧机轧制研磨至粒度达＜5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料，此法生产的银浆效印刷好，性能稳定，烧结后栅线高宽比大，转换效率高。

Description

一种太阳能电池正面银浆及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池用浆料的技术领域，尤其是一种太阳能电池正面银浆及其制备方法。

背景技术

随着环境污染的日益严重，低碳环保观念的日益深入，安全、清洁、高效的能源越来越受人们的青睐。其中晶体硅太阳能电池技术作为太阳能技术发展的主流，一直备受关注，通过对太阳能电池技术的不断研究，电池片的转换效率不断提高。

太阳能电池是通过光电效应把光能转化成电能的装置。光电效应太阳能电池的工作原理：当太阳光照射在晶体硅半导体p～n结上，形成新的空穴～电子对，在p～n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

为了将太阳能电池产生的电流引出，需在太阳能电池的表面制作出正负电极，其正面电极是由太阳能电池正面银浆印刷制成。印刷一直是太阳能正面浆料应用的一道重要工序，印刷效果的好坏直接影响着电池片短路电流、开路电压、填充因子、串联电阻和转换效率等参数，而印刷好的正面电极细线有很好的成型性能，即印刷电极的高宽比越大，正面电极的线越细，电池表面受光面积越大，相应的单位面积电池光电效率越高，故该印刷电极的高宽比是体现印刷好坏的一个重要指标。

正面电极用银浆通常由银粉、玻璃粉和有机载体等组成，其中银粉为导电介质，玻璃粉在高温烧结时融化，在银粉和半导体硅基底之间形成欧姆接触；有机载体则起到将银粉颗粒分散和包裹的作用，使得导电银浆中的银粉不易沉淀和氧化；为了提高印刷效果，通常会在浆料中添加一定剂量的助剂，提高浆料的防沉性和防流挂性，增加银浆的流动性，保持适度稳定的流动性可以保证丝网印刷的质量，在静置后流动性降低，黏度增大，丝印细线得以保持形状，进而获得一个比较理想的高宽比，从而提升浆料的各项性能指标；然而，现有技术中的正面银浆的这种触变性和稳定性仍有待提高；此外，现有技术中的太阳能电池导电银浆所用的玻璃粉通常是含铅的混合粉末，该玻璃粉虽然软化温度低、电性能稳定性好，但含铅量高，对环境污染严重，不符合环保要求。

发明内容

发明目的在于：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能电池正面银浆，该浆料具有良好的抗流挂性和触变性，大大提高印刷性能，同时印刷烧结后，栅线具有较高的高宽比，有效地降低串联电阻，提高短路电路、开路电压和填充因子，进而提高电池片的转换效率。另一个发明目的是提供了一种制造上述太阳能电池正面银浆的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能电池正面银浆，其特征在于：包括78～90wt%银粉、1～5 wt%的玻璃粉和7～15wt%有机粘合剂，0%～3wt%助剂，所述玻璃粉包括1～15wt%SiO₂、0～10wt%Al₂O₃、1～20wt%Bi₂O₃、1～30 wt%ZnO、1～20wt%B₂O₃、10～60wt%TeO₂，所述有机粘合剂包括1～10wt%有机载体和90～99wt%有机溶剂，所述有机载体为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的至少一种，所述有机溶剂为松油醇、蓖麻油、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单丁醚中的至少一种。

优选的方案为，所述银粉粒径≤5μm。

优选的方案为，所述玻璃粉粒径≤3μm。

优选的方案为，所述助剂为流平剂、防沉剂、银粉定向排列剂中的至少一种。

发明的另一个技术方案是：提供了一种太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按比例称取玻璃粉，将玻璃粉升温至1000～1300℃，保温30～50min，水淬后球磨40～50h，在80～110℃下烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉；

（2）按比例称取有机载体和有机溶剂进行通水循环升温并进行搅拌混合，保持搅拌温度为50～100℃，溶解3～10h后加入表面活性剂，表面活性剂为司班85、司班80、三乙醇胺中的一种或几种，保温5～15min，过滤后存放；

（3）太阳能电池正面银浆的制备: 按比例称取银粉，将步骤（1）中的玻璃粉以及步骤（2）中的有机粘合剂加入银粉中，再加入助剂进行混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料。

采用上述方案，本发明具有以下技术效果：由于硅太阳能电池用正面银浆是通过丝网印刷在晶体硅的正面，烧结后形成正面电极；在晶体硅的正面有着一层SiN_x减反射膜, SiN_x减反射膜是绝缘体，会提高电极接触层的电阻。因此，在烧结时正面银浆中的玻璃粉必须能够氧化和腐蚀SiN_x减反射膜,使浆料中银和晶体界面处形成高密度Ag-Si接触层，在大量玻璃粉和硅片之间提供导电链，产生低电阻、高效率、高填充系数的正面电极和晶体硅太阳能电池。本发明的太阳能电池用正面金属化银浆中玻璃粉的成分SiO₂，Al₂O₃， B₂O₃， ZnO，Bi₂O₃，TeO₂在烧结过程中，熔融玻璃蚀刻SiN_x，进而溶蚀Si的表面，形成腐蚀坑，其中TeO₂与Si发生如下反应：TeO₂+Si→SiO₂+Te。在冷却时，熔融玻璃中过量的Ag析出成Ag颗粒，并嵌入到Si的表面，在腐蚀坑处结晶形成电流传导的途径。玻璃粉中用TeO₂代替传统添加物PbO₂，本发明的玻璃粉为无铅玻璃粉，更加环保安全。本发明中添加助剂为流平剂UNIQVIS 852S、防沉剂RHEOTHIX SG-720、银粉定向排列剂RHEOTHIX KJ-9000SA中的一种或几种，能够有效改善浆料的抗流挂性能，使浆料具有更好的流动性和触变性，从而在印刷时具有更好的高宽比。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例①-⑥具体如下描述。

具体实施方式

本发明的具体实施例是太阳能电池正面银浆，包括78～90wt%银粉、1～5 wt%的玻璃粉和7～15wt%有机粘合剂，0%～3wt%助剂，玻璃粉包括1～15wt%SiO₂、0～10wt%Al₂O₃、1～20wt%Bi₂O₃、1～30 wt%ZnO、1～20wt%B₂O₃、10～60wt%TeO₂（玻璃粉以wt.100%计），所述有机粘合剂包括1～10wt%有机载体和90～99wt%有机溶剂（有机粘合剂以wt.100%计），有机载体为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的至少一种，有机溶剂为松油醇、蓖麻油、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单丁醚中的至少一种。银粉粒径≤5μm，玻璃粉粒径≤3μm。上述助剂为流平剂UNIQVIS 852S、防沉剂RHEOTHIX SG-720、银粉定向排列剂RHEOTHIX KJ-9000SA中的至少一种。

该太阳能电池正面银浆的制备方法，其包括以下步骤：（1）按比例称取玻璃粉，装入刚玉坩锅中，放入电阻炉中，升温至1000～1300℃，保温30～50min，水淬后入球磨罐，球磨40～50h，在80～110℃下烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉；

（2）按比例称取有机载体和有机溶剂放入搅拌桶中，进行通水循环升温并进行搅拌混合，保持搅拌温度为50～100℃，溶解3～10h后加入表面活性剂，表面活性剂为司班85、司班80、三乙醇胺中的一种或几种，保温5～15min，过滤后存放；

（3）太阳能电池正面银浆的制备: 按比例称取银粉，将步骤（1）中的玻璃粉以及步骤（2）中的有机粘合剂加入银粉中，再加入助剂进行混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料。该浆料具有良好的抗流挂性和触变性，大大提高印刷性能，同时印刷烧结后，栅线具有较高的高宽比，有效地降低串联电阻，提高短路电路、开路电压和填充因子，进而提高电池片的转换效率。

以下参照具体实施例进一步说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。

实施例①-③

本发明公开的太阳能电池正面金属化银浆是由金属粉、玻璃粉、有机粘合剂、助剂组成，具体配比见表1。

表1-太阳能电池浆料配比

 （1）玻璃粉：称取六种氧化物，其具体成分和重量百分比为15%SiO₂、4%Al₂O₃、8 %的 B₂O₃、 5%的 ZnO、5 %的Bi₂O₃、15%的TeO₂，装入刚玉坩锅，放入电阻炉中，升温至1200℃，保温40分钟，水淬后入球磨罐，球磨48小时后，在100℃烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉。

（2） 金属粉末：称取平均粒径为1-3μm的球形银粉。

（3） 有机粘合剂：称取乙基纤维素4%、丙烯酸树脂2%、松油醇30%、蓖麻油4%、二乙二醇丁醚45%、二乙二醇丁醚醋酸酯15%放入搅拌桶中，通水循环，升温，保持搅拌桶内温度为80℃，溶解时间5小时；加入表面活性剂司班85和三乙醇胺，保温10分钟，过滤后存放。

（4） 浆料制备：将上述银粉、玻璃粉以及有机粘合剂按比例混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm，粘度为290-380Pa·S，得到太阳能电池正面银浆。

（5） 性能测试：将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例①）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

表2-实施例①浆料烧结后电性能参数

  将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例②）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

表3-实施例②浆料烧结后电性能参数

   将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例③）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

表4-实施例③浆料烧结后电性能参数

从表2、3、4可知，助剂的添加有效地改变了浆料的流挂特性，改善了浆料的印刷性能，进而提高了印刷栅线的高宽比，使浆料烧结后的各个电性能参数有了显著的提升，转换效率较现有技术的17.10%提高了近0.47个百分点。

实施例④-⑥

本发明公开的太阳能电池正面金属化银浆是由金属粉、玻璃粉、有机粘合剂、助剂组成，具体配比为：Ag粉90%、玻璃粉1%、有机粘合剂7%、助剂2%。

实施例④中，（1）玻璃粉的具体成分和重量百分比为13%SiO₂、5%Al₂O₃、20 %的 B₂O₃、 1%的 ZnO、1 %的Bi₂O₃、60%的TeO₂，（玻璃粉以wt.100%计）装入刚玉坩锅，放入电阻炉中，升温至1300℃，保温30分钟，水淬后入球磨罐，球磨50小时后，在110℃烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉。 （2）金属粉末：称取平均粒径为1-3μm的球形银粉。（3）有机粘合剂：称取乙基纤维素3%、硝酸纤维素7%、松油醇25%、蓖麻油5%、二乙二醇丁醚醋酸酯18%、乙二醇单丁醚12%（有机粘合剂以wt.100%计），放入搅拌桶中，通水循环，升温，保持搅拌桶内温度为100℃，溶解时间3小时；加入表面活性剂司班80和三乙醇胺，保温10分钟，过滤后存放。（4）浆料制备：将上述银粉、玻璃粉以及有机粘合剂按比例混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm，粘度为290-380Pa·S，得到太阳能电池正面银浆。（5）性能测试：将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例④）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

表5-实施例④浆料烧结后电性能参数

  实施例⑤中，（1）玻璃粉的具体成分和重量百分比为12%SiO₂、10%Al₂O₃、18%的 B₂O₃、 30%的 ZnO、20 %的Bi₂O₃、10%的TeO₂，（玻璃粉以wt.100%计）装入刚玉坩锅，放入电阻炉中，升温至1000℃，保温50分钟，水淬后入球磨罐，球磨30小时后，在80℃烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉。 （2）金属粉末：称取平均粒径为1-3μm的球形银粉。（3）有机粘合剂：称取丙烯酸树脂1%、松油醇35%、蓖麻油3%、二乙二醇单丁醚10%、二乙二醇丁醚醋酸酯16%、乙二醇单丁醚35%（有机粘合剂以wt.100%计），放入搅拌桶中，通水循环，升温，保持搅拌桶内温度为100℃，溶解时间3小时；加入表面活性剂司班80和三乙醇胺，保温10分钟，过滤后存放。（4）浆料制备：将上述银粉、玻璃粉以及有机粘合剂按比例混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm，粘度为290-380Pa·S，得到太阳能电池正面银浆。（5）性能测试：将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例⑤）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例⑤）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

表6-实施例⑤浆料烧结后电性能参数

   实施例⑥中，（1）玻璃粉的具体成分和重量百分比为1%SiO₂、0%Al₂O₃、1 %的 B₂O₃、 25%的 ZnO、1 5%的Bi₂O₃、58%的TeO₂，（玻璃粉以wt.100%计）装入刚玉坩锅，放入电阻炉中，升温至1200℃，保温40分钟，水淬后入球磨罐，球磨48小时后，在100℃烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉。 （2）金属粉末：称取平均粒径为1-3μm的球形银粉。（3）有机粘合剂：称取丙烯酸树脂3%、乙基纤维素3%、硝酸纤维素2%、松油醇25%、蓖麻油5%、二乙二醇单丁醚15%、二乙二醇丁醚醋酸酯25%、乙二醇单丁醚22%（有机粘合剂以wt.100%计），放入搅拌桶中，通水循环，升温，保持搅拌桶内温度为100℃，溶解时间3小时；加入表面活性剂司班85、司班80和三乙醇胺，保温10分钟，过滤后存放。（4）浆料制备：将上述银粉、玻璃粉以及有机粘合剂按比例混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm，粘度为290-380Pa·S，得到太阳能电池正面银浆。（5）性能测试：将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例⑥）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

将晶体硅太阳能电池用高效率的正面银浆（实施例⑥）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能及栅线高宽比结果如下：

表7-实施例⑥浆料烧结后电性能参数

从表5、6、7可知，助剂的添加有效地改变了浆料的流挂特性，改善了浆料的印刷性能，进而提高了印刷栅线的高宽比，使浆料烧结后的各个电性能参数有了显著的提升，转换效率较现有技术的17.10%提高了近0.48个百分点。

Claims (5)

1.一种太阳能电池正面银浆，其特征在于：包括78～90wt%银粉、1～5 wt%的玻璃粉和7～15wt%有机粘合剂，0%～3wt%助剂，所述玻璃粉包括1～15wt%SiO₂、0～10wt%Al₂O₃、1～20wt%Bi₂O₃、1～30 wt%ZnO、1～20wt%B₂O₃、10～60wt%TeO₂，所述有机粘合剂包括1～10wt%有机载体和90～99wt%有机溶剂，所述有机载体为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的至少一种，所述有机溶剂为松油醇、蓖麻油、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单丁醚中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述银粉粒径≤5μm。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述玻璃粉粒径≤3μm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述助剂为流平剂、防沉剂、银粉定向排列剂中的至少一种。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按比例称取玻璃粉，将玻璃粉升温至1000～1300℃，保温30～50min，水淬后球磨40～50h，在80～110℃下烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉；

（2）按比例称取有机载体和有机溶剂进行通水循环升温并进行搅拌混合，保持搅拌温度为50～100℃，溶解3～10h后加入表面活性剂，表面活性剂为司班85、司班80、三乙醇胺中的一种或几种，保温5～15min，过滤后存放；

（3）太阳能电池正面银浆的制备: 按比例称取银粉，将步骤（1）中的玻璃粉以及步骤（2）中的有机粘合剂加入银粉中，再加入助剂进行混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达≤5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料。